Водородное растрескивание

Серьезной технической проблемой продолжают оставаться аварии, связанные с водородным растрескиванием и расслаиванием металла. Этому вопросу в предлагаемой книге уделяется особое внимание. [c.14]

Скоростью, с которой атомы Наде рекомбинируют друг с другом или с Н , образуя Hj, обусловлена каталитическими свойствами поверхности электрода. Если электрод является хорошим катализатором (например, платина или железо), водородное перенапряжение невелико, тогда как для слабых катализаторов (ртуть, свинец) характерны высокие значения перенапряжения. При добавлении в электролит какого-либо каталитического яда, например сероводорода или соединений мышьяка или фосфора, уменьшается скорость образования молекулярного Hj и возрастает адсорбция атомов водорода на поверхности электрода . Повышенная концентрация водорода на поверхности металла облегчает проникновение атомов водорода в металлическую решетку, что вызывает водородное охрупчивание (потерю пластичности) и может привести к внезапному растрескиванию (водородное растрескивание) некоторых напряженных высокопрочных сплавов на основе железа (см. разд. 7..4). Каталитические яды увеличивают абсорбцию водорода, выделяющегося на поверхности металла в результате поляризации внешним током или коррозионной реакции. Это осложняет эксплуатацию трубопроводов из низколегированных сталей в некоторых рассолах в буровых скважинах, содержащих сероводород. Небольшая общая коррозия приводит к выделению водорода, который внедряется в напряженную сталь и вызывает водородное растрескивание. В отсутствие сероводорода общая коррозия не сопровождается водородным растрескиванием. Высокопрочные стали из-за своей ограниченной пластичности более подвержены водородному ра- [c.58]

Во всех этих случаях растрескивание вызывают атомы водорода, проникающие внутрь металла либо в результате коррозионной реакции, либо при катодной поляризации (521. Сталь, содержащая водород в междоузлиях кристаллической решетки, не всегда разрушается. Она почти всегда теряет пластичность (водородное охрупчивание), но растрескивание обычно происходит только при одновременном воздействии высокого приложенного извне или остаточного растягивающего напряжения. Разрушения такого типа называют водородным растрескиванием под напряжением (или просто водородным растрескиванием). Трещины в основном транскристаллитные. В мартенситной структуре они могут проходить по бывшим границам зерен аустенита [52]. [c.149]

МЕХАНИЗМ ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ [c.150]

Согласно другой гипотезе, водородное растрескивание происходит вследствие диффузии и адсорбции водорода на дефектах в вершине трещины, что снижает поверхностную энергию атомов напряженного металла [35] (адсорбционное растрескивание). [c.150]

Интересной особенностью водородного растрескивания является специфическая задержка в появлении трещин после приложения нагрузки. Эта задержка в малой степени зависит от напряжения и уменьшается с повышением концентрации водорода в стали и с увеличением твердости или прочности при растяжении [56]. При малых концентрациях водорода разрушение может произойти через несколько дней после приложения нагрузки. [c.150]

После обработки сплавы, бывшие до того стойкими, становятся чувствительными к водородному растрескиванию ферритные и мартенситные нержавеющие стали в результате холодной обработки также проявляют большую склонность к водородному растрескиванию. — Примеч, авт. [c.302]

ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ И ВОДОРОДНОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ [c.316]

Мартенситные нержавеющие и дисперсионно-твердеющие стали, термообработанные с целью получения предела текучести- олее 1,24 МПа, самопроизвольно растрескиваются в атмосфере, солевом тумане или при погружении в водные среды, даже если они не находятся в контакте с другими металлами [55—58]. Лопасти воздушного компрессора из мартенситной нержавеющей стали [59 ] разрушались вдоль передней кромки, где были велики остаточные напряжения и конденсировалась влага. Для сверхпрочных мартенситных нержавеющих сталей с 12 % Сг, которые находились в морской атмосфере под напряжением, составляющим 75 % от предела текучести, срок службы не превышал 10 дней [60]. Приведенные данные получили разнообразные объяснения, однако они убедительно доказывают, что сталь в указанных случаях разрушается в результате или водородного растрескивания, или КРН. При наличии в стали высоких напряжений, она может растрескиваться в воде без внедрения водорода, который образуется при взаимодействии воды с металлом. По-видимому, в этом случае вода непосредственно адсорбируется на поверхности и уменьшает прочность металлических связей в степени, достаточной для зарождения трещин (адсорбционное растрескивание под напряжением). [c.320]

Таким образом, отказы трубопроводов и оборудования ОНГКМ в большинстве случаев обусловлены отсутствием эффективного ингибирования в условиях воздействия сероводородсодержащих сред на металлоконструкции из коррозионно нестойких сплавов, содержащих дефекты. Твердые структурные составляющие, неметаллические включения (сульфиды, оксисульфиды и т. п.) и расслоения являются очагами возникновения водородного растрескивания металла. Поверхностные дефекты (риски, волосовины, раскатанные загрязнения) способствуют появлению и развитию сероводородного растрескивания. Очагами сероводородного растрескивания сварных соединений трубопроводов и деталей оборудования являются так- [c.66]

Из факторов, повышающих склонность материалов, в частности сталей, титановых, легких сплавов к ЗР, в первую очередь следует назвать наличие в них водорода. ЗР при наличии водорода, так называемое водородное растрескивание , во всяком случае феноменологически имеет много общего с коррозионным растрескиванием, хотя и описывается другими законами [1]. Насыщение водородом сталей может происходить при обезжиривании, травлении, омеднении, цинковании, кадмировании и т. п. [c.55]

Для специфических условий нагружения это явление принято обозначать другими терминами, например, коррозионное растрескивание стали в щелочных средах называют каустической или щелочной хрупкостью, разрушение латуней во влажной атмосфере— сезонным растрескиванием аналогичны коррозионному растрескиванию хрупкие разрушения металлов, происходящие вследствие проникновения по границам зерен легкоплавких примесей. Диффузия легкоплавкого металла вдоль границ зерен сплава, находящегося под действием напряжения и температуры, близкой к температуре плавления диффундирующего металла, приводит также к снижению прочности и пластичности основного металла. Этот вид порчи материала иногда называют легированием под напряжением. Развивающееся во времени в металлах разрушение при наводороживании, называемое водородным растрескиванием, в некоторой степени можно отнести к категории коррозионных разрушений, хотя чаще его классифицируют как замедленное разрушение. Во всяком случае, когда в процессе коррозионного воздействия освобождаются атомы водорода и материал чувствителен к водородному охрупчиванию, разрушение значительно ускоряется. [c.70]

В большинстве случаев трудно отличить изломы при КПН от изломов водородного растрескивания. Однако в характере развития трещины есть некоторые различия 1 — при водородном растрескивании очаг разрушения может располагаться под поверхностью, а при КПН — на поверхности контакта металла со средой 2 — при водородном растрескивании, как правило, наблюдается меньше трещин и с меньшим ветвлением, чем при КПП. [c.78]

Более существенное значение имеет катодная поляризация внутренней поверхности трубы, плотность тока которой, как следует из уравнения (338) и рис. 94, в узкой области, прилегающей к месту подключения катодной станции (или электродренажа), может достигать значительных величин и вследствие этого вызывать наводороживание металла с потерей им пластичности (охрупчивание). Опасность преждевременных разрушений типа водородного растрескивания усугубляется при наличии в транспортируемой среде растворенного сероводорода (что типично для сред нефтегазовой промышленности). Наличие в металле циклически изменяющихся напряжений, способно вызвать водородную усталость металла. [c.216]

Обычно KP под напряжением определяют как совместное воздействие агрессивной коррозионной среды и растягивающего напряжения (остаточного или приложенного), приводящее к растрескиванию, имеющему макроскопически вид хрупкого разрушения. В этом определении подразумевается, что KP представляет собой явление, а не механизм,-— именно так KP и трактуется в этой главе. К таким же явлениям относится и водородное охрупчивание, которое может (но не обязательно) сопровождать KP. Водород как газ или в виде частиц, возникающих в результате химических или электрохимических реакций, может рассматриваться как агрессивный агент, способный вызывать KP. Но в процессе классических исследований водородного охрупчивания имели дело с водородом, растворенным в металле, что не характерно для коррозионных агентов. В прошлом это приводилось в качестве аргумента против связи KP с водородным охрупчиванием. Данный обзор показывает, что такой вывод не может считаться общим. Известен ряд случаев, когда водород участвует в KP, причем существовавшее мнение о соотношении между водородным растрескиванием и, например, анодным растворением как компонентами KP нуждается в поправке или даже в пересмотре. К целям данной главы относится также анализ роли и соотношения различных механизмов в KP- [c.47]

Углеродистые стали особенно склонны к водородному растрескиванию после термической обработки, приводящей к образованию мартенсита менее склонны стали перлитной структуры. Показано, что углеродистая сталь, прошедшая термообработку с образованием сфероидальных карбидов, менее склонна к растрес- [c.149]

Центры водородного растрескивания в сталях образуются на границе фаз (например, Feg или интерметаллических соединений, какие встречаются в мартенситностареющих сталях), выделивших- [c.152]

На практике катодную защиту можно применять для предупреждения коррозии таких металлических материалов, как сталь, медь, свинец и латунь, в любой почве и почти всех водных средах. Можно предотвратить также питтинговую коррозию пассивных металлов, например нержавеющей стали и алюминия. Катодную защиту эффективно применяют для борьбы с коррозионным растрескиванием под напряжением (например, латуней, мягких и нержавеющих сталей, магния, алюминия), с коррозионной усталостью большинства металлов (но не просто усталостью), межкристаллитной коррозией (например, дуралюмина, нержавеющей стали 18-8) или обесцинкованием латуней. С ее помощью можно предупредить КРН высоконагруженных стрей, но не водородное растрескивание. Коррозия выше ватерлинии (например, водяных баков) катодной защитой не предотвращается, так как пропускаемый ток протекает только через поверхность металла, контактирующую с электролитом. Защитной плотности нельзя также достигнуть на электрически экранированных поверхностях, например на внутренней поверхности трубок водяных конденсаторов (если в трубки не введены вспомогательные аноды), даже если сам корпус конденсатора достаточно защищен. [c.215]

Кадмиевые покрытия получают почти исключительно электро-осаждением. Разница в потенциалах между кадмием и железом не столь велика, как между цинком и железом, следовательно степень катодной защиты стали покровным слоем кадмия с ростом размера дeфeкtoв в покрытии падает быстрее. Меньшая разность потенциалов обеспечивает важное преимущество кадмиевых покрытий применительно к защите высокопрочных сталей (твердость Яр > 40, см. разд. 7.4.1). Если поддерживать потенциал ниже значения критического потенциала коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), но не опускаясь в область еще более отрицательных значений, отвечающую водородному растрескиванию, то кадмиевые покрытия надежнее защищают сталь от растрескивания во влажной атмосфере, чем цинковые. Кадмий дороже цинка, но он дольше сохраняет сильный металлический блеск, обеспечивает лучший электрический контакт,, легче поддается пайке и поэтому нашел использование в электронной промышленности. Кроме того, он устойчивее к воздействию водяного конденсата и солевых брызг. Однако, с другой стороны, кадмиевые покрытия не столь устойчивы в атмосферных условиях, как цинковые покрытия такой же толщины. [c.238]

Мартенситные стали, если их подвергнуть термической обработке для повышения твердости, приобретают сильную склонность к растрескиванию в слабо- и умереннокислых растворах. Особенно это проявляется в присутствии сульфидов, соединений мышьяка или продуктов окисления фосфора или селена. Специфические свойства кислот не имеют существенного значения до тех пор, пока процесс идет с выделением водорода. Эта ситуация отличается от случая аустенитных сталей, которые разрушаются исключительно в результате специфического действия анионов. Катодная поляризация также не защищает мартенситные стали от растрескивания, а ускоряет его. Все эти факты свидетельствуют, что мартенситные стали в указанных условиях разрушаются не по механизму КРН, а в результате водородного растрескивания (см. разд. 7.4). При катодной поляризации в морской воде, особенно при высоких плотностях тока, более пластичные ферритные стали подвергаются водородному вспучиванию, а не растрескиванию. Аустенитные нержавеющие стали устойчивы и к водородному вспучиванию, и к водородному растрескиванию. [c.319]

Область граничных температур лежит примерно в интервале 60—80°С. Это не противоречит полученным ранее данным Ацелло и Грина [64а], что нержавеющая сталь 18-8 подвергается КРН при комнатной температуре в сильнокислом растворе, содержащем 5М H2SO4 + 0,5М Na l. С большой долей уверенности можно утверждать, что разрушение в последнем случае происходит по другому механизму. По нашему мнению, в сильных кислотах водородное растрескивание напряженных сталей 18-8 может протекать вдоль плоскостей скольжения, где имеет место превращение -у-фазы в а-фазу. Именно а-фаза стали 18-8 (с объемно-центрированной кубической решеткой) подвержена водородному растрескиванию. Нержавеющая сталь с 25 % Сг и 20 % Ni (марки 310) не претерпевает заметных фазовых превращений при холодной обработке и относительно стойка к водородному растрескиванию, но не стойка к КРН в кипящем растворе Mg lj. См. [64Ь]. —Примеч. сшт. [c.322]

Эти кислоты можно получить в лаборатории, пропуская сероводород через воду, насыщенную SO . Для понимания механизма наблюдаемых разрушений следует учесть, что при протекании коррозионных процессов эти кислоты легко катодно восстанавливаются. В связи с этим политионовые кислоты действуют в качестве катодного деполяризатора, который способствует растворению металла по границам зерен, обедненным хромом. Еще одна форма влияния, возможно, заключается в том, что продукты их катодного восстановления (HjS или аналогичные соединения) стимулируют абсорбцию межузельного водорода сплавом, обедненным хромом. Под напряжением этот сплав, если он имеет ферритную структуру, подвергается водородной коррозии вдоль границ зерен. Аустенитный сплав в этих условиях устойчив. Показано, что наличие в морской воде более 2 мг/л серы в виде Na S либо продуктов катодного восстановления сульфитов SOg" или тиосульфатов SjO вызывает водородное растрескивание высокопрочных сталей с 0,77 % С, а та кже ферритных и мартенситных нержавеющих сталей 167]. Предполагают, что и политионовые кислоты оказывают аналогичное действие. [c.323]

Другой механизм может быть обусловлен развитием водородного растрескивания вдоль границ зерен сенсибилизированного сплава. Разрушение в этом случае протекает в кислой среде, так как она поставляет водород, необходимый для коррозионного процесса. Кислая среда способствует также образованию молекулярной формы HjS (а не HS или S "), которая является основной каталитической примесью, стимулирующей абсорбцию сплавом атомарного водорода. Показано, что водные растворы SO2 так же, как и растворы политионовых кислот, вызывают межкристаллит-ное растрескивание сенсибилизированной стали 18-8. Это объясняется быстрым восстановлением SOj на катодных участках с образованием HjS или других аналогично действующих продуктов восстановления. Ионы SO не способны к такому восстановлению, поэтому серная кислота вызывает растрескивание в значительно меньшей степени. [c.323]

Растрескивание в политионовых кислотах более всего выражено в области потенциалов 0,04—0,34 В 168]. Эти значения лежат выше потенциалов разряда ионов водорода и, как можно было ожидать, исключают водородное растрескивание. Однако в этом случае интересующие нас потенциалы следовало бы измерять не на поверхности сплава, а в трещинах, где их значения [c.323]

В растворе, насыщенном H S и содержащем 5 % Na l и 0,1 % уксусной кислоты (имитация кислой среды газовых скважин), разрушение сплава зависит от температуры и скорости равномерной коррозии, которая преобладает в этих условиях и приводит к образованию водорода. При комнатной температуре разрушение вследствие водородного растрескивания (называемого иногда также сульфидным растрескиванием) протекает обычно только в том случае, если обработанные холодным способом сплавы были подвергнуты последующей термической обработке (состарены на заводе-изготовителе). Старение сплавов, увеличивающее их прочность, может приводить также к усилению равномерной коррозии в кислотах. При этом количество выделяющегося водорода становится достаточным, чтобы вызвать растрескивание. При повышенной температуре разрушения этого типа обычно уменьшаются (меньше водорода проникает в металл и больше удаляется в виде газа). Однако в области повышенных температур водородное растрескивание может смениться КРН, которое связано с присутствием хлоридов. В этом случае контакт сплавов с более активными металлами предотвращает растрескивание (протекторная защита). [c.371]

После 10-12-летней эксплуатации аппаратов УКПГ во многих из них стали появляться водородные расслоения, причем, по данным ПО Оренбурггаздобыча , из 122-х обследованных в 1989 г. аппаратов в 67-ми обнаружено водородное растрескивание металла. Последнее обусловлено неэффективным ингибированием наводороживающей рабочей среды и содержанием в металле аппаратов сульфидных включений [25]. Проведенный ВНИИнефтемашем ультразвуковой контроль позволил провести градацию аппаратов по группам пораженности и ввести критерии отбраковки. Особое внимание было уделено защите пораженных областей с помощью новой технологии ингибирования. Разработана система нанесения ингибирующей композиции [c.32]

Водородное растрескивание тройника трубопровода 0720 х 18 мм, сооруженного из труб фирмы УаПпгес, произошло после шести лет эксплуатации. Механические испытания металла из очага разрушения показали, что его прочностные свойства соответствуют техническим условиям. В то же время вследствие нано-дороживания относительное сужение уменьшилось более чем на 30%. Металлографические исследования позволили установить, что водородные блистеры зарождались на границах матрица-неметаллические включения и располагались по всему сечению стенки тройника. При этом их максимальная концентрация наблюдалась в середине стенки. Данное явление можно объяснить повышенной концентрацией неметаллических включений в центральной зоне листа вследствие специфики изготовления проката. В дальнейшем, по мере накопления водорода, блистеры сливались между собой или с поперечными трещинами, пронизывая все сечение металла. Значительное давление водорода в расслоении привело к возникновению разрушающих напряжений в наружных слоях металла стенки и к развитию поперечных трещин с последующей разгерметизацией участка трубопровода (рис. 12г). Водородное растрескивание металла с образованием сквозного дефекта в нижней части тройника явилось следствием его эксплуатации в условиях застойной зоны при отсутствии Э(()фективного ингибирования. [c.39]

Примером сероводородного растрескивания деталей газопромыслового оборудования является хрупкое разрушение пластин компенсатора насоса 9МГР на промстоках. Микроструктура металла пластин ферритная с небольшим количеством перлита, твердость составляет 140 НВ, коррозионные трещины развивались по границам зерен. Произошедшее после семи месяцев эксплуатации водородное растрескивание скалки насоса ХТР-1,6/200, который перекачивает ингибитор КИГИК, приготовленный на основе метанола, обусловлено наличием большого количества мартенситной составляющей в приповерхностном слое металла скалки, твердость которого достигает 53 HR . [c.43]

Увеличением содержания какого-либо упрочняющего легирующего компонента можно повысить не только стойкость стали к сероводородному и водородному растрескиванию, но и категорию прочности. Так, сталь марки 12Г2Ф имеет следующий химический состав [c.181]

Сероводородсодержащий газ транспортировать по некоррозионно-стойким трубам даже в осушенном виде не рекомендуется. Связано это с тем, что даже небольшие отклонения в технологическом режиме, приводят к попаданию в трубопровод незначительного количества влаги, и вызывают в короткий срок сероводородное растрескивание материала труб. Наиболее подвержены этому явлению сварные швы, а точнее зоны сплавления сварных швов, где располагаются максимальные остаточные растягивающие сварочные напряжения и наиболее неблагоприятная структура металла. Соответственно, из двух типов труб бесшовных горячекатаных и сварных большей коррозионной стойкостью обладает первый тип. Бесшовные горячекатаные трубы по своей специфике изготовления обладают меньшей дефектностью по неметаллическим включениям, что оказывает очень благоприятное влияние на их стойкость к водородному растрескиванию. Требования к качеству материала труб в этом случае аналогичны требованиям к качеству материала шлейфовых труб. Наиболее распространен- [c.181]

В настоящее время нет единой точки зрения о приоритете того или другого механизма в процессе коррозионного растрескивания. Выводы о ведущей роли одного из процессов в вершине трещины в большинстве работ носят, как правило, альтернативный характер. Обосновывая ведущую роль одного из механизмов, авторы не обсуждают или отвергают возможность разрушения при коррозионном растрескивании по любому другому механизму. Так, Дж. Скалли [60] даже вводит новое понятие— водородное растрескивание, относящееся к сплавам, которые разрушаются под напряжецием в коррозионной среде вследствие внедрения атомов водорода в кристаллическую решетку. До недавнего времени для выяснения механизма коррозионного растрескивания считалось достаточным изучить влияние поляризации при одних и тех же условиях нагружения на скорость разрушения. Если анодная поляризация, активирующая растворение у вершины трещины, приводит к уменьшению времени до разрушения, а катодная поляризация, наоборот, снижает скорость роста коррозионной трещинь), значит, коррозионное растрескивание протекает в основном по механизму локального анодного растворения. Если же катодная поляризация ускоряет разрушение, а анодная, наоборот, его задерживает или замедляет, ведущим процессом при коррозионном растрескивании является проникновение водорода в кристаллическую решетку и связанное с этим охрупчивание металла в вершине трещины. [c.58]

Помимо указанных предлагается различать еще такие механизмы разрушения, как водородное растрескивание, коррозионное растрескивание под напряжением, под действием жидких металлов [78]. Однако целесообразность выделения этих видов нагружения в особую группу по механизму разрушения из-за отсутствия специфических микрофрактографических признаков не является очевидной. Например, при водородном растрескивании разрушение может проходить с формированием фасеток квазиотрыва, аналогичных получаемым при хрупком разрушении под действием других факторов, или по границам зерен. При водородном растрескивании закаленной и отпущенной стали AISI 4340 характер межзеренного излома аналогичен излому этой стали в условиях коррозии под напряжением [78]. [c.19]

В общем случае большинство механических свойств стали можно улучшить, удаляя остаточные примеси или регулирзш их содержание. Это, по-видимому, справедливо и в отношении охрупчивания при воздействии окружающей среды. Например, вакуумный переплав повышал стойкость мартенситной стали 410 к водородному растрескиванию [7] и увеличивал долговечность 30%-ной хромистой стали при коррозионной усталости в условиях статического нагружения. Особенно вредными примесями являются сера и фосфор [9, 10], что может иметь отношение к тесной связи между водородным охрупчиванием и хрупкостью, вызванной отпуском [11, 12]. [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...